以掺杂稀土元素的纳米晶硅为基础的薄膜太阳能电池

薄膜光伏转换材料占世界非晶硅太阳能电池市场80％的份额。这种材料在成本低、常规操作和无毒生产技术方面与其他竞争性材料（CdTe碲化镉、CuInSe铜铟硒、CuInGaSe铜铟镓硒）相比毫不逊色，可以归结于“绿色技术”。然而，在太阳能电池中大规模使用非晶硅受到其主要缺点—显著的光致降解的限制。我们提出了两种方法来克服这个缺点—硅膜的结构组成改性和化学组成改性。 结构组成改性方法在于纳米形态硅膜的合成。它包括了在大容量1-50纳米（纳米晶）晶粒上形成非晶硅薄膜的真空沉积技术的发展。据推测，基于纳米晶体硅光伏转换器会比它们的非晶对应物更为有效和稳定。 我们的第二种化学组成改性方法就是把一些稀土元素掺杂在硅膜中，增加它们在光谱的光敏性（铕 - 可见光和紫外线中、Y - 可见光、镝、钬 - 红外光谱）范围。据预计，在掺杂稀土金属的纳米晶硅基础上的光伏转换器将能更为有效地转换太阳辐射能。此外，大家知道稀土元素杂质可提高单晶硅的耐辐射性，但在足量的单晶中引入这些杂质存在技术问题。据推测，在非晶基质元素可以容易嵌入纳米晶硅薄膜的情况下，这个问题将会得到解决。 为了监测这两种技术方法对膜性能的影响，计划使用大量的器材研究方法，即：扫描电子显微镜（SEM），透射电子显微镜（TEM），X射线衍射，俄歇电子能谱，第二离子质谱分析（SIMS）。同时，确定膜的结构/化学组成和工艺参数之间的关系具有极大意义。在接口交接处的工程质量与薄硅膜的硅膜-基底以及不同金属相互扩散作用密切相关，它们的瞬态特性和可靠性将被研究。 确定接口的处理机制对解决可靠性问题很重要。这样的研究在纳米系统里具有特别的意义。所以，利用沉积金属接触法研究在一定温度范围内的“金属 - 硅”退火后，接口和分布在膜厚度基本元素和杂质浓度演变传质过程。这可以分析接触扩散的稳定性以及预测其对薄膜太阳能电池特性的影响。 改变材料构成的厚度和成分将会增强可靠性并提高设备特性。此外，接口特性的稳定性可以通过接触材料和纳米晶硅薄膜之间的不同性质的结合缓冲层方式来改善。超薄缓冲膜作为在热启动扩散过程的发展控制器。所以，难熔金属层（Тi、Ta）的接触材料和纳米硅薄膜之间能延缓由于中间阶段和物理屏障形成的扩散过程。这种有效阻隔材料的研究是非常紧迫的任务。 项目研究目标： 该项目的目的是通过新材料的生产、研发和理论研究而设计低成本、高效率和稳定的薄膜太阳能电池。该项目的研究结果将会从理论上和实验上确定纳米结构和稀土掺杂物能够影响薄硅膜的特性机理并且其形成的阻隔结构可作为薄膜太阳能电池的基极。